成果介绍 成果名称：多元耦合燃料（生物质/垃圾/高硫煤/高钠煤）发电关键设备防腐蚀感应熔焊与喷射复合涂层技术 成果参与单位：江苏科环新材料有限公司、深圳能源环保股份有限公司、上海康恒环境股份有限公司 成果完成人：曲作鹏 知识产权情况：已申请专利87项，其中已授权发明专利17项，已授权实用新型专利27项 针对我国新能源与环保科技的重大战略，以解决垃圾与生物质发电锅炉高温防腐的实际需求为目标，本项目拟搭建应用于生物质与垃圾电站锅炉腐蚀防护的高频感应熔焊系统技术平台，在多元耦合燃料（生物质/垃圾/高硫煤/高钠煤）发电关键设备等受热面，开发完成镍基自熔合金高温涂层的技术体系，包括涂层材料与工艺，形成针对各类客户群体的系列解决方案。 随着近年来我国生物质和垃圾电站的迅猛发展，锅炉高温腐蚀问题日益突出，传统热喷涂技术由于易脱落、孔隙率高而应用受限，前期用得较普遍的Inconel625合金堆焊，也逐渐暴露出由稀释率高引起的高温防腐性能受限等问题。因此，开发新型高温防腐涂层技术已迫在眉睫。本项目在国家“十三五”重点研发计划等项目的支持下，经过十余年的集智攻关，于2019年初研发成功了高频感应熔焊高温腐蚀防护涂层技术，取得了系列创新性成果：首次在国内构建了生物质与垃圾电站锅炉高频感应熔焊系统技术平台，开发了在水冷壁管排表面制备耐镍基自熔合金高温薄涂层的技术体系，解决了城市垃圾与生物质电站锅炉高温腐蚀防护的技术瓶颈，打破了发达国家的技术封锁，形成了系列针对城市垃圾与生物质焚烧发电锅炉高温防腐的不同客户群体的解决方案。 我国西部特别是新疆地区的高硫高钠盐等高腐蚀性煤在燃烧过程中产生高浓度硫化物和钠盐等腐蚀性气体，造成水冷壁、过热器受热面的高温腐蚀、尾部烟道空气预热器低温腐蚀和受热面结焦等，特别是对燃烧器区域水冷壁管来说，如果没有防护涂层只能使用1—2年。传统的热喷涂，由于结合强度低孔隙率高，很少应用；普通高频感应熔焊虽然有效，但寿命难以超过5年；目前用得最多的是堆焊高温合金，但一般五年后就逐渐会发生涂层脱落和管壁减薄甚至爆管的现象，非计划停炉维修给企业造成了极大的经济负担。针对我国西北地区高硫高钠盐燃煤发电锅炉受热面对高温防腐的迫切需求，本项目拟开发感应熔焊与超音速喷射复合金属陶瓷涂层技术，从服役寿命、使用性能到性价比等方面都优于堆焊，以期彻底终结困扰我国燃煤行业多年的高腐蚀性气体对锅炉管道造成的严重腐蚀的防护难题。 创新点 1、首次在国内构建垃圾电站锅炉高频感应熔焊系统技术平台，自主开发了在水冷壁管排表面制备耐高温涂层的防腐技术体系，打破了发达国家对核心技术的封锁，突破了垃圾电站锅炉涂层防护系统核心技术瓶颈，形成了整体防腐的焚烧解决方案。 2、首次在国际上成功研发镍基自熔合金与金属陶瓷梯度复合涂层的防护技术，发明了基于重熔与喷射一体化的高温全域防腐全套技术，锅炉的高温腐蚀防护性能与服役寿命显著提升。 3、创新锅炉管道镶嵌陶瓷瓦的长效防护方法，发明了多项陶瓷高效低成本加工技术，填补了国际上硬脆材料特种加工技术的空白，突破了垃圾焚烧发电锅炉高频感应熔焊系统核心技术瓶颈。 市场前景 磨损与腐蚀是工业生产中的共性问题，全世界能源消耗的1/3-1/2在摩擦上，每年各种机械零件失效的一半以上由于磨损，每年因金属磨损、腐蚀造成的直接经济损失约达７万亿美元。垃圾焚烧电站锅炉受热面腐蚀问题，非常普遍，其腐蚀机理主要是所焚烧的垃圾中含有Cl,S以及碱金属等元素，造成Cl，S化合气体腐蚀和低熔点碱金属盐熔融腐蚀。据“十三五”规划，2020年焚烧处理能力占无害化处理比例50%，预计复合增长率不低于20%，垃圾焚烧规模呈快速增长态势，截至2018年，中国已运行的垃圾焚烧厂约为380座，处理能力约为37万吨/日，中国在建的垃圾焚烧厂约为200～250座，处理能力约为20～25万吨/日，中国垃圾处理“起步晚、起点低、发展快”，垃圾焚烧发展极快，2025年行业总规模估计超过100万吨/日，垃圾焚烧发电站超过2000家。余热锅炉高温防腐蚀涂层市场规模100亿以上，年增长率在20%以上，且防腐蚀涂层是消耗品，平均3—5年为一个周期。 另外，该技术不仅可以用于垃圾焚烧电厂，团队在农机刀片耐磨、水泥建材行业耐磨、机械重工表面硬化耐磨处理、钢轨耐磨涂层、高端球阀防腐、燃气轮机热障涂层、海上风电盐雾腐蚀、军工等领域的新产品、新技术也逐步成熟，走向规模化应用市场。 应用案例 深圳能源环保公司宝安老虎坑垃圾焚烧发电厂4号、5号、6号锅炉项目，工程地址：深圳市宝安区松岗镇老虎坑，业主单位：深能环保宝安垃圾焚烧发电厂。 获奖情况 2021年中国商业联合会科学技术奖 一等奖 2021年河北省科技技术奖 二等奖 2019年CCTV中国十大创业榜样 2019年第八届中国创新创业大赛 优秀企业奖 2019年第七届创业江苏科技创业大赛 三等奖 2019年“创客中国”江苏省中小企业创新大赛 优胜奖 2019年 淮安市第四届企业科技创新大赛 一等奖

西安科技大学自 2003 年开始就对蛋白质塑料进行了研究，随后将超细煤粉作为功能填料引入其中，对不同变质程度的煤、煤的氧化预处理、灰分含量等对复合材料的影响进行了系统性研究。目前此项技术已经成熟，获批发明专利一项。

煤炭气化，即在一定温度、压力下利用气化剂与煤炭反应生成洁净合成气（CO、H2的混合物），是实现煤炭洁净利用的关键，可为煤基化学品（合成氨、甲醇、烯烃等）、整体煤气化联合循环发电（IGCC）、煤基多联产、直接还原炼铁等系统提供龙头技术，为现代能源化工、冶金等行业的技术改造和节能降耗提供技术支撑。 多喷嘴对置式干煤粉加压气化技术是世界上最先进的气流床气化技术之一。干煤粉经四个对置的喷嘴弥散后进入气化炉（可以是耐火砖为衬里，也可以以水冷壁做衬里）内，与氧气反应生成含CO、H2和CO2的合成气，从气化炉出来的粗合成气经新型洗涤冷却室、混合器、旋风分离器和水洗塔等设备的洗涤和冷却后进入后序工段；气体洗涤设备内的黑水则经高温热水塔进行热量回收和除渣后成为灰水再返回气体洗涤设备内，全气化系统实现零排放。 该技术煤种适应性广，如果采用水冷壁衬里，则可气化灰熔点超过1500℃的煤种，具有广阔的应用前景。 该技术工艺指标先进，以耐火砖衬里气化炉、北宿精煤进料为例，其合成气中（CO+H2）含量89%～92%，碳转化率>98%，与水煤浆进料相比，比氧耗降低16%～21%、比煤耗2%～4%。该技术生产强度大，专利实施许可费低。

大型火电厂锅炉燃烧的煤粉是由一次风携带经煤粉管进入炉膛燃烧，煤粉的细度及各煤粉管之间煤粉浓度的不均匀性都会对锅炉的燃烧有很大影响。若各个燃烧器中的煤粉浓度相差太大，则燃烧不能很好组织，会引起火焰偏斜、结焦、燃烧不稳等。而煤粉细度过大或过小则会造成机械不完全燃烧损失增大、锅炉效率下降、磨煤机能耗增加等。此外，在煤粉管道设计、安装、运行不当时，还会引起煤粉管道的堵塞，严重时机组将被迫减负荷或甚至停机来消除堵塞。此外，各燃烧器的煤粉浓度不平衡还将大大增加NOX的产生，加重空气污染。 LF－1000煤粉（粉体）颗粒在线监测仪是一种专为解决上述问题而研制开发的基于光脉动法原理和相关法原理的新型在线测量仪器。它可以测量煤粉颗粒的平均粒度、浓度和速度。仪器由主机、测量探针、计算机等组成，操作软件具有良好的人机对话界面，使用简单，测量时间短等优点，测量结果实时显示在计算机屏幕上，同时可与控制室或监测中心通讯。 它还可用于粉体、水泥、石化、化工、医药等行业在线测量各种粉体颗粒以及环境排放监测等。 有便携式和固定式2种。固定式在线监测仪可同时监测多达24根管道的颗粒粒度、浓度和速度。 目前国际上还没有能同时测量这些参数的仪器。 主要性能指标1． 光           源：长寿命半导体激光器2． 颗粒粒径测量范围：10－500微米； 3． 颗粒浓度测量范围：0.1－10kg/m3； 4． 重复测量误差：   ＜5％ (用国家标准颗粒检验)； 5． 工作环境温度：   0－90 ℃； 6． 可与其它系统通讯联网； 7． 电           源：220 V；50 Hz。

本项成果以以急倾斜特厚煤层深部煤岩动力失稳防治为目标，系统研究工程尺度采动卸压条件下煤岩体的破坏机理，揭示急倾斜特厚煤层深部综放开采期间煤岩动力失稳致灾规律，建立了动压预报技术，制订适合急倾斜煤层深部动压危险预警与管理制度，实现安全开采。项目通过中国煤炭工业协会鉴定达到国际先进水平。

对于火力发电厂，燃料成本占发电成本的70％以上。因此，加强燃料管理，在复杂的煤价波动体系下在线指导购煤，实行无人值守优化配煤，保证入炉煤煤质，最大限度降低生产成本，快速、准确地计算、显示和输出燃料有关参数，对燃料成本进行有效的控制和管理就显得十分重要。

本实用新型公开了一种非均等配风煤粉前后墙对冲燃烧器。本实用新型包括两侧燃烧器、中间燃烧器、次中间燃烧器。燃烧器结构包括二次风通道、二次风风门、一次风通道。燃烧器的二次风通道和二次风风门流通面积由两侧至中间依次减小。二次风风门在相同开度下，二次风流量由两侧至中间依次减小。在非均等流量控制下，所有燃烧器的相应通道的出口风速基本一致。二次风通道、二次风风门的具体设计参数根据不同锅炉的燃烧器结构与布置来确定。本实用新型在同层燃烧器二次风风门等开度下，燃烧过程中风煤合理匹配，燃烧后氧量分布均匀，有效降低CO排放浓度。同时，对于预防锅炉两侧墙水冷壁高温腐蚀和结渣也具有显著效果。

烟气再循环煤粉锅炉燃烧系统及其工况切换方法，属于煤粉锅炉富氧燃烧调节及控制方法，解决煤粉锅炉从空气燃烧向富氧燃烧工况切换过程中的调节难题。本发明的煤粉锅炉燃烧系统，包括给煤机、燃烧器、锅炉、脱硝器、空预器、除灰装置、脱硫装置和引风机；本发明的工况切换方法，包括布置检测设备、再循环阀和进气阀控制、控制送风机出口流量以及控制注氧量步骤；本发明从燃烧系统中的相关检测点，获得工况切换过程的变化参数，以再循环烟气量来确定循

西安科技大学自 20 世纪 90 年代以来，西安科技大学等在以煤为原料，制备高性能功能性复合功能材料方面开展了大量研究工作，系统研究了煤的聚集态结构和玻璃态转变特性，用掺杂试剂、溶胀剂等小分子物质探明了煤中大分子之间的非化学键相互作用，揭示了煤大分子交联网络结构特性。在此基础上，开发成功了煤基聚合物互穿网络（ IPN ）合金材料制备技术及工艺（ ZL94104380.0 ）以及以改性煤为光催化剂的多功能全降解薄膜制备技术（ ZL00113989.4 ）。该成果获中国煤炭工业协会二等奖 1 项，陕西省科学技术三等奖 1 项，陕西省教育厅二等奖 2 项，发明专利 2 项，实用新型专利 3 项，发表论文 62 篇；这些研发工作在西部开发、西部经济发展和环境保护等方面具有良好的发展前景，对开拓煤化工和新材料学科新的研究领域也有重要的促进作用，具有重要的理论价值和实际意义，其成套技术在陕西和新疆等地棉田推广，经济与社会效益显著。

南开大学蓖麻生物航油集成技术，是在“应对气候变化、绿色低碳发展”的前瞻理念下，集成南开十几年蓖麻产业链开发基础及化学化工科研优势，自主研发，现已取得阶段性成果：建立了“生物航油基础研发基地”，突破了催化剂关键技术，打通了工艺流程，产品全项达标，成本在目前所有生物质航油中最低，申请中国发明专利 7 项，列入国家发改委《战略新兴产业重点产品目录》、《国家重点推广的低碳技术项目指南》等，获第四届国家和天津市创新创业大赛奖项，具有拉动千亿元绿色低碳产业链的巨大发展潜力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以动植物油脂或农林废弃物等生物质为原料生产的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用（50%），且不需要对发动机做任何改进。2012 年开始的欧盟航空碳税之争已迫使各国争相开发生物航煤技术来实现航空业的碳减排。生物航煤的研发契合国家十三五发展战略规划，对我国航空业减排、根治雾霾、维护能源安全、以及拉动三农等都有重要作用，是国家大力支持的绿色低碳产业创新增长点，是当前国家急需解决的重大科学难题之一。目前，该项目的技术难题就是核心催化剂脱氧活性不佳、航煤选择性低、稳定性差。 南开大学李伟教授科研团队目前已开发出具有完全自主知识产权的蓖麻航油制备及配套催化剂关键技术，使原料油转化率＞99%，蓖麻生物航油产品收率＞80%；经中石化石科院按国际生物航煤最高标准的 ASTM D7566 和国家喷气 3 号燃料（GB 6537-2006）等指标检测，全项达标。相关研究内容在《Bioresource Technology》发表论文 1 片、申报中国发明专利 7 项、国际发明专利 2 项。相关技术受到国内外高度重视及新闻媒体关注。在第四届中国创新创业大赛中以天津赛区第一名成绩进入全国总决赛，最终以第 6 名荣获“全国优秀团队”称号。